一种永磁同步电机控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种永磁同步电机控制系统及控制方法，其中MTPA模块、内模电流控制器、IPARK变换模块、逆变器、永磁同步电机依次相连，逆变器的实际输出电压经CLARK变换模块、PARK变换模块获得的实际d、q轴电流，输入至内模电流控制器；旋转变压器用于采集永磁同步电机的实际角度，经微分算子微分后获得实际角速度，给定角速度与实际角速度作差并输入MTPA模块。在受环境状态、温度等因素影响较大的电机运行状态时，本发明专利技术通过实时自适应调节，不断修正控制器调节量，增强了系统的抗干扰性和鲁棒性。棒性。棒性。

【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步电机控制系统及控制方法


[0001]本专利技术涉及永磁同步电机的控制领域，具体是一种永磁同步电机控制系统及控制方法。

技术介绍

[0002]永磁同步电机以其具有高效、高功率密度、直接驱动等优势在轨道交通领域得到了广泛的应用。对于高速电力牵引系统而言，大功率的电机变频控制性能稳定性是最重要的性能指标需求。在高速状态下，永磁电机的耦合项相互影响逐渐增大，如何实现快速准确的解耦控制至关重要。然而控制耦合项与电机定子参数相关，电机参数的变化主要由电机工作温度和定子电流变化引起的铁芯磁饱和效应引起，从而造成电机参数中的定子电感L
d
、L
q
和永磁体磁链ψ
f
的变化。传统的反馈解耦控制在永磁电机控制中广泛应用，但是没有考虑电机参数随环境因素的影响，在高速状态下，耦合项将导致电机的转矩精度和控制性能受到很大影响。

技术实现思路

[0003]本专利技术为了解决传统的反馈解耦控制高度依赖点击参数、对环境的适应能力差，且在高速、高温状态下，耦合项影响控制性能等问题，提供了一种永磁同步电机控制系统及控制方法。
[0004]本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种永磁同步电机控制系统，包括MTPA模块、内模电流控制器、IPARK变换模块、逆变器、永磁同步电机、CLARK变换模块、PARK变换模块以及旋转变压器；
[0005]所述MTPA模块、内模电流控制器、IPARK变换模块、逆变器、永磁同步电机依次相连，逆变器的实际输出电压经CLARK变换模块、PARK变换模块获得的实际d、q轴电流，输入至内模电流控制器；
[0006]旋转变压器用于采集永磁同步电机的实际角度，经微分算子微分后获得实际角速度，给定角速度与实际角速度作差并输入MTPA模块。
[0007]作为本专利技术控制系统技术方案的进一步改进，还包括参数变化估计器，所述内模电流控制器的输出电压信号输入至参数变化估计器，PARK变换模块获得的实际d、q轴电流输入至参数变化估计器，经微分算子微分后获得实际角速度输入至参数变化估计器，参数变化估计器的输出与内模电流控制器的输入相连。
[0008]本专利技术还提供了一种永磁同步电机控制方法，包括以下步骤：
[0009]永磁同步电机的给定速度经微分算子微分后获得实际角速度ω
γ
的差值输入至MTPA模块，MTPA模块输出d轴、q轴的给定电流作为内模电流控制器的输入，内模电流控制器输出的d轴、q轴的给定电压u
d*
、u
q*
作为IPARK变换模块的输入，IPARK变换模块输出的α轴、β轴的给定电压经过SVPWM算法和逆变器传输给永磁同步电机；
[0010]逆变器的实际输出电压经CLARK变换模块输出的i
α
、i
β
作为PARK变换模块的输入，PARK变换模块输出d轴、q轴的实际电流i
d
、i
q
输入至内模电流控制器，旋转变压器采集获得永磁同步电机的实际角度θ
e
经过微分算子微分处理获得实际角速度ω
γ
；
[0011]从而实现双闭环矢量控制，其中外环为转速控制，内环为电流控制。
[0012]作为本专利技术控制方法技术方案的进一步改进，所述内模电流控制器输出的d轴、q轴的给定电压u
d*
、u
q*
，PARK变换模块输出d轴和q轴的实际电流i
d
、i
q
，经过微分算子微分后获得实际角速度ω
γ
均输入至参数变化估计器，参数变化估计器输出的d轴和q轴的扰动调节量输入至内模电流控制器。
[0013]作为本专利技术控制方法技术方案的进一步改进，所述内模电流控制器的内模解耦方法包括以下步骤：
[0014]㈠构建永磁电机电压方程的内模电流控制器G
IMC
(s)；
[0015]㈡设定低通滤波器L(s)；
[0016]㈢构建等效反馈控制器F(s)：
[0017]等效反馈控制器F(s)输出d轴、q轴的给定电压u
d*
、u
q*
，等效反馈控制器F(s)设于永磁同步电机的输入端之前，实现永磁同步电机的解耦控制。
[0018]作为本专利技术控制方法技术方案的进一步改进，在步骤㈠中，所述构建永磁电机电压方程的内模电流控制器G
IMC
(s)的方法包括以下步骤：
[0019]㈠
‑
1.将永磁电机电压方程式转换为如下状态方程形式：
[0020][0021]式(1)中，u
d
、u
q
分别为d轴、q轴的电压，L
d
、L
q
分别为d轴、q轴的电感，i
d
、i
q
分别为d轴、q轴的电流，R
s
为定子电阻，ω为转子电角速度，s为拉普拉斯转换，ψ
f
为永磁体磁链；
[0022]㈠
‑
2.忽略永磁体的影响，则式(1)可变为：
[0023][0024]㈠
‑
3.U(s)和I(s)分别对应于U(s)和Y(s)，令I(s)＝Y(s)，可得：
[0025]I(s)＝G(s)U(s)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0026]式中
[0027]㈠
‑
4.则可以使G
IMC
(s)＝G
‑1(s)，这样就构成了内模控制，使得输出电流可以跟踪给定电流信号。
[0028]作为本专利技术控制方法技术方案的进一步改进，在步骤㈡中，所述设定低通滤波器L(s)的方法包括以下步骤：
[0029]㈡
‑
1.低通滤波器设定为：
[0030][0031]式(4)中，λ为滤波系数；
[0032]㈡
‑
2.内模电流控制器转换为：
[0033][0034]式(5)中，分别为d轴、q轴的电感估计值，为定子电阻估计值。
[0035]作为本专利技术控制方法技术方案的进一步改进，在步骤㈢中，所述构建等效反馈控制器的方法包括以下步骤：
[0036]将内模电流控制器转换为等效反馈结构：
[0037][0038]作为本专利技术控制方法技术方案的进一步改进，所述参数变化估计器的自适应律选择方法包括以下步骤：
[0039]①
由式(1)可得当电机参数变化时电机的电压方程为：
[0040][0041]②
令其中d
d
、d
q
分别为d轴、q轴的扰动值，ΔR
s
为定子电阻的变化值，ΔL
d
、ΔL
q
分别为d轴、q轴的电感变化值，Δψ
f
为永磁体磁链的变化值；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机控制系统，其特征在于，包括MTPA模块、内模电流控制器、IPARK变换模块、逆变器、永磁同步电机、CLARK变换模块、PARK变换模块以及旋转变压器；所述MTPA模块、内模电流控制器、IPARK变换模块、逆变器、永磁同步电机依次相连，逆变器的实际输出电压经CLARK变换模块、PARK变换模块获得的实际d、q轴电流，输入至内模电流控制器；旋转变压器用于采集永磁同步电机的实际角度，经微分算子微分后获得实际角速度，给定角速度与实际角速度作差并输入MTPA模块。2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机控制系统，其特征在于，还包括参数变化估计器，所述内模电流控制器的输出电压信号输入至参数变化估计器，PARK变换模块获得的实际d、q轴电流输入至参数变化估计器，经微分算子微分后获得实际角速度输入至参数变化估计器，参数变化估计器的输出与内模电流控制器的输入相连。3.一种永磁同步电机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：永磁同步电机的给定速度经微分算子微分后获得实际角速度ω
γ
的差值输入至MTPA模块，MTPA模块输出d轴、q轴的给定电流作为内模电流控制器的输入，内模电流控制器输出的d轴、q轴的给定电压u
d*
、u
q*
作为IPARK变换模块的输入，IPARK变换模块输出的α轴、β轴的给定电压经过SVPWM算法和逆变器传输给永磁同步电机；逆变器的实际输出电压经CLARK变换模块输出的i
α
、i
β
作为PARK变换模块的输入，PARK变换模块输出d轴、q轴的实际电流i
d
、i
q
输入至内模电流控制器，旋转变压器采集获得永磁同步电机的实际角度θ
e
经过微分算子微分处理获得实际角速度ω
γ
；从而实现双闭环矢量控制，其中外环为转速控制，内环为电流控制。4.根据权利要求3所述的一种永磁同步电机控制方法，其特征在于，所述内模电流控制器输出的d轴、q轴的给定电压u
d*
、u
q*
，PARK变换模块输出d轴和q轴的实际电流i
d
、i
q
，经过微分算子微分后获得实际角速度ω
γ
均输入至参数变化估计器，参数变化估计器输出的d轴和q轴的扰动调节量输入至内模电流控制器。5.根据权利要求3或4所述的一种永磁同步电机控制方法，其特征在于，所述内模电流控制器的内模解耦方法包括以下步骤：㈠构建永磁电机电压方程的内模电流控制器G
IMC
(s)；㈡设定低通滤波器L(s)；㈢构建等效反馈控制器F(s)：等效反馈控制器F(s)输出d轴、q轴的给定电压u
d*
、u
q*
，等效反馈控制器F(s)设于永磁同步电机的输入端之前，实现永磁同步电机的解耦控制。6.根据权利要求5所述的一种永磁同步电机控制方法，其特征在于，在步骤㈠中，所述构建永磁电机电压方程的内模电流控制器G
IMC
(s)的方法包括以下步骤：㈠
‑
1.将永磁电机电压方程式转换为如下状态方程形式：式(1)中，u
d
、u
q
分别为d轴、q轴的电压，L
d
、L
q
分别为d轴、q轴的电感，i
...

【专利技术属性】
技术研发人员：解鹏，高升，赵国鹏，
申请(专利权)人：中车永济电机有限公司，
类型：发明
国别省市：